实验目的

      用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。

实验原理

      利用导电纸中的恒定电流场模拟真空中的静电场，当在场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中电流强度为零。从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点描出等势线。

实验器材

      学生用低压电源或电池组、灵敏电流计、开关、导电纸、白纸、复写纸、圆柱形金属电极两个、探针两支、图钉、导线若干、木板。

实验步骤

      1.安装实验装置。在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面向上，再把它们一起固定在木板上，在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两极间距离约为10cm，电压约为6V。再从一个灵敏电流计的两个接线柱引出两个探针；
      2.选择基准点。在导电纸平面两极的连线上，选取间距大致相等的五个点作为基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上；
      3.探测等势点。将两个探针分别拿在左、右手中，用左手中的探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后在导电纸平面两极连线的一侧，距此基准点约1处再选一个点，在此点将右手拿着的探针跟导电纸接触，至找到一点，使电流表的指针没有偏转为止，说明这个点跟基准点的电势相等。用探针把这个点的位置复印在白纸上。照上述方法，在这个基准点的两侧，各探测出五个等势点，每个等势点大约相距1cm。用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点；
      4. 画等势线。取出白纸，根据五组等势点画出五条平滑的曲线，它们就是等势线。

      静电场的场强分布可以用电力线进行描述，而等势面（线）与电力线相垂直，通过实验测绘出电场的等势面（线），就可以描绘出电力线。由于静电场中不存在电流，一般磁电式测量仪表，在有电流时才会有反应，因此难以直接确定静电场的等势线。恒定电流的电荷分布和电磁场均不随时间变化，所以在均匀电介质中恒定电流的电场和静电场相似，利用其相似性，可以用恒定电流的电场模拟静电场，进行静电场的实验研究。而接到直流电源两端的小圆柱形电极之间形成的恒定电场，可以用来模拟等量异种电荷之间的静电场。当在场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中电流强度为零。从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点描出等线。由实验可见，等量异种电荷的等势线分布是以电极连线为中心的轴对称和以电极连线的中垂线为中心的轴对称分布，距电极越近等势线越密。

      会根据实验内容选择器材；能根据题目的具体条件寻找等势点、画出等势线，并能进一步通过等势线确定电场线的分布。

    1、在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中，应该选用的是____________（用器材前的字母表示）。
    A. 6V的交流电源
    B. 6V的直流电源
    C. 100V的直流电源
    D. 量程0~0.5V、零刻度在刻度盘中央的电压表
    E. 量程0~300μA、零刻度在刻度盘中央的电流表。
    （1）在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们的顺序（自上而下）是：____________、____________、____________。
    （2）在实验中，按下电键，接通电路。若一个探针与基准点O接触，另一个探针已分别在基准点O的两侧找到了实验所需要的两点a和b，如下图所示，则当此探针与a点接触时，电表的指针应____________（填“左偏”、“指零”或“右偏”）；当此探针与b点接触时，电表的指针应____________（填“左偏”、“指零”或“右偏”）。

      2、描绘电场中的等势线的实验装置如下图所示，如果以a和b两个电极的连线为x轴，以a和b连线的中垂线为y轴，并将一个探针固定置于y轴上的某一点，合上开关S，则将另一探针由b电极处沿x轴正方向移到a电极的过程中，灵敏电流表G的指针与零刻度夹角的变化情况是：（    ）

           A. 逐渐增大              B. 逐渐减小               C. 先变大后变小               D. 先变小后变大
   

      3、用恒定电流的电流场模拟静电场描绘等势线时，下列哪些模拟实验的设计是合理的
       A. 如图⑴所示圆柱形电极M、N都接电源的正极，模拟等量正点电荷周围的静电场
       B. 如图⑵所示圆柱形电极M接电源正极，圆环形电极N接电源负极，模拟正点电荷周围附近的静电场
       C. 如图⑶所示两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极，模拟平行板电容器间的静电场
       D. 如图⑷所示圆柱形电极M接电源负极，模拟负点电荷周围的静电场

 

关于静电场

     观察者与电荷相对静止时所观察到的电场。它是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，其基本特征是对置于其中的静止电荷有力的作用。库仑定律描述了这个力。
      静电有很多的危害，如静电可对自动仪器和电子元件产生干扰；在化工、纺织部门因化纤放电产生的火花，可将易燃气体（乙炔等）、易燃液蒸气（汽油蒸气等）引爆，造成火灾；在天上，飞机与空气、水气、灰尘等摩擦而带电，可严重干扰飞机的无线电通讯而使飞机迷航；在制药厂，静电吸附尘埃而使药品不纯，影响质量；在无菌无尘的生化实验室和医院，静电吸附尘埃也有不良影响；在印刷厂，由于静电可使纸张相互粘合在一起，难以分开，造成印刷困难；在看电视时，荧光屏面的静电吸附灰尘与油污而形成一层尘膜，使电视图像的清晰度和亮度大为降低；在煤矿，静电会引发瓦斯爆炸，可导致严重的人身伤亡和矿井报废事故。
      据测试，静电对人体也有一定程度的危害。当静电电压达到2000伏时，手指就有感觉了；超过3000伏时就有火花出现，手指并有针刺似的痛感；超过7000伏时，人就有电击感。在日常生活中，产生的静电压有时可高达数万伏，但是由于摩擦起电的时间极短，所产生的电流量也很小，因而一般不会对人体造成生命危险。可是在医疗手术台上，静电火花能引起麻醉剂的爆炸，从而伤害医护人员和病人，必须予以注意。还有，静电吸附的大量尘埃中含有多种病毒、细菌与有害物质，对人体健康有危害，严重的静电现象可使人体皮肤起斑发炎，还可使人心情烦躁、头晕、胸闷、鼻咽不适，甚至可引发气管炎、哮喘和心律失常等。